Модемы и факс-модемы

Еще одно оконечное устройство, которое включается в телефонную сеть, — это модем (модулятор/демодулятор). Модем преобразует компьютерные данные в аналоговый или цифровой сигнал (модуляция), который может передаваться по телефонной линии и достигать другого модема. Удаленный модем переводит полученный сигнал снова в данные (демодуляция) и посылает эти данные на свой компьютер.

Поскольку модем относится к устройствам систем передачи данных и изучается в рамках другой дисциплины, рассмотрение этого терминала будет кратким.

Модем состоит из следующих блоков [4.14,4.23] (рис. 4.1):

Рис. 4.1. Блок­-схема модема

• устройство сопряжения с каналом связи (в него входят согласующий линейный трансформатор с элементами защиты, схема набора номера, цепь определения сигнала посылки вызова и других акустических сигналов (например, сигнала "занято"), АЦП, ЦАП, фильтры передачи и приема;
• цифровой сигнальный процессор (Digital Signal Processor — DSP);
• контроллер протоколов и управления (с элементами памяти);
• интерфейсный узел сопряжения с компьютером RS232.

На рисунке не показаны следующие внешние устройства:

• терминал передачи данных DTE (Data Terminal Equipment) в данном случае — это компьютер;
• оконечное (терминальное) оборудование данных (ООД). Термин [4.18] применяется для обозначения устройств, использующих передачу данных. DTE подключается к сети передачи данных через аппаратуру передачи данных (DCE);
• оборудование передачи данных. DCE (Data Communication Equipment) — аппаратура передачи данных или аппаратура коммутации данных (АПД или АКД). Это аппаратные средства, обеспечивающие установку, поддержку и разрыв соединения по сети передачи данных. В данном случае — это модем и непоказанная станция.

Рассмотрим отдельные блоки.

Устройства сопряжения с каналом связи

Устройства сопряжения с каналом связи отвечают за преобразование сигнала из цифровой формы в аналоговую, переход от четырехпроводной системы передачи к проводной и обратное преобразование. Оно обеспечивает модуляцию и передачу по каналу с обнаружением и обработкой ошибок. Эти вопросы будет рассмотрены в дальнейшем при описании аппаратуры уплотнения и способов модуляции.

Цифровой сигнальный процессор

Представляет собой устройство, обрабатывающее поступающие сигналы в реальном масштабе времени [4.31]. В модеме он обеспечивает работу алгоритмов кодировки и декодирования информации, алгоритмы авторизации и другие логические действия.

Протоколы

Протокол — это набор формализованных правил, процедур и спецификаций, определяющих формат и способ передачи данных. [4.18, 4.23, 4.30]

Протоколы, предназначенные для работы модемов по телефонным каналам, представлены в рекомендациях ITU-T и обозначаются V.xx.

Все модемы V можно условно разделить на три группы:

• асинхронные (работающие по протоколам V.21, V.23);
• асинхронно-синхронные (работающие по протоколам V.22, V.22 bis, V.26, V.32 bis, V.34, V.90, V.92);
• синхронные.

Полное описание этих протоколов содержится в материалах ITU-T. Краткое описание можно прочитать в [4.40].

Основные протоколы модемов перечислены в таблице 4.1. Во второй строке этой таблицы приведены применяемые для данного протокола способы модуляции и манипуляции. Некоторые из них будут рассмотрены в этом курсе. Для более детального их изучения можно рекомендовать [4.2].

Наиболее распространенный в настоящее время протокол V.32 предназначен для передачи данных по двухпроводной линии в дуплексном режиме на скорости 9600 Кбит/с по нормальным коммутируемым телефонным линиям. В большинстве случаев он оснащается средствами, выполняющими протокол сжатия данных V.42 bis (на передающем и приемном концах). Тогда скорость передачи и приема возрастает до 38400 бит/с. Кроме того, протокол предусматривает обратный канал для служебных функций, обеспечивающий скорость 4800 Кбит/с.

Модификация V.32 bis обеспечивает наивысшую скорость 14,4 Кбит/с и, так же как и в предыдущем случае, обеспечивает взаимодействие с протоколом сжатия V.42bis.

Это протокол, как и другие существующие протоколы сжатия данных (например, MNP-5), на передающем конце убирает избыточность текста, заключающуюся, например, в последовательной передаче одинаковых символов, и заменяет ее более короткой служебной информацией. На приемном конце эта удаленная информация восстанавливается. Одно из положительных свойств протокола V.42 состоит в том, что операция сжатия осуществляется над "проходящей информацией" ("on the fly") без большой задержки в памяти устройств. Степень сжатия во многом зависит от передаваемой информации. В настоящее время в среднем протоколы обеспечивают сжатие от 2 до 4 раз. При использовании этого протокола реальная скорость может возрасти для:

• V.32 9600 + сжатие данных = 38400 бит/с
• V.32bis 14400 + сжатие данных = 57600 бит/с
• V.34 28800 + сжатие данных = 115600 бит/с

Протокол V.90 применяется с 1998 года для модемов, использующих для обмена каналы с импульсно­цифровой модуляцией. Они обеспечивают скорость 56 Кбит/с. Это протокол обеспечивает асимметричный обмен данными, а именно 56 Кбит/с в направлении от центральной станции к пользователю и 33,6 Кбит/с. в направлении "пользователь — центральная станция". Для работы используется обычная телефонная линия, выполненная из меди.

Протокол V.92 применяется с 2000 года, в нем имеются следующие улучшения:

1. Повышена скорость в направлении от пользователя к центральному устройству до 48 Кбит/с.
2. Протокол V.92 взаимодействует с протоколом сжатия V.44, разработанного для цифровых каналов. Это обеспечивает эффект сжатия 6:1, т.е. больший, чем в протоколе V.42bis. В результате реальная скорость передачи может быть поднята до 300 Кбит/с.
3. Стандарт включает в себя алгоритмы, известные как "Быстрое соединение" (Quick Connect), которые уменьшают время вхождения в связь двух модемов.
4. Модемы, работающие по протоколу V.92, распознают и отвечают на сигнал "посылка вызова" и устанавливают сеанс передачи данных в режим "удержание" ("on hold") до момента окончания разговора. Это свойство имитирует вторую линию, после отбоя речевого соединения сеанс восстанавливается без набора номера. Эту же услугу может обеспечить и модем с протоколом V.90, при загрузке дополнительного программного обеспечения.

Рассмотрим эти свойства более подробно.